第一篇 体外循环发展简史
第一章 体外循环的产生
第一节 心脏对医学的挑战
一、对心脏的初步认知
（一）中国传统医学对心脏的认知
古代中医认为人是一个有机的整体,各个脏器有分工也有合作,有联系也有制约,它们之间的关系主要是通过阴阳五行的学说来表达。古人以五行为世界万物的基本因素,其表现在五脏方面,则心属火、肝属木、脾属土、肺属金、肾属水,然后再在这基础上建立起相生相克的关系。
古代中医认为心为神之主,脉之宗,起着主宰生命活动的作用,故《素问·灵兰秘典论》称心为“君主之官”。心的生理功能主要有两方面:一是主血脉,二是主神志。心与小肠互为表里。心主血脉包括主血和主脉两个方面。全身的血液都在脉中运行,依赖于心脏的搏动而输送到全身,发挥其濡养的作用。心脏的正常搏动,在中医学理论中认为主要依赖于心气。心气旺盛,才能维持血液在脉内正常地运行,周流不息,营养全身。心气不足,可引起心血管系统的诸多病变。心主血脉的生理功能可概括为两个方面:一是气血运行的通道,即血脉对血的运行有一定的约束力,使之循着一定方向、一定路径而循环贯注,流行不止；二是运载水谷精华,以布散周身,滋养脏腑组织器官。这些功能全赖于心主血脉的生理功能。其华在面,是指心的生理功能是否正常,以及气血的盛衰,可以从面部色泽的变化而显露出来。如心气旺盛,血脉充盈,则面部红润光泽；如心气不足,则可见面色发白、晦滞。在中医学理论中,神有广义和狭义之分。广义之神,是指整个人体生命活动的外在表现。狭义之神,即是指心所主的神志,即人的精神、意识、思维活动。《素问·邪客》说:“心者,五脏六腑之大主也,精神之所舍也。”心主神明的生理功能正常,则神志清晰,思维敏捷,精神充沛；如心有病变,影响到神志活动,则可出现精神意识思维方面的异常表现,可见失眠、多梦、神志不宁、甚则谵狂；或见反应迟钝、健忘、精神萎靡,甚则昏迷等临床表现。
（二）西方早期对心脏的认识
西方的认识论应追溯到古希腊和古罗马时期,其特点为理性求实。由于客观条件的限制,当时人们对心脏的认识尚处在一种朦胧状态。
被西方尊为“医学之父”的古希腊著名医生Hippocrates(公元前460～前377)是西方医学奠基人。提出“体液学说”,认为人体由血液、黏液、黄胆和黑胆4种体液组成。对于心脏和循环,提出“肝脾造血、心脏加热、肺脏冷却”的学说。
古罗马时期的Galen(公元前199～前129),是当时最著名最有影响的医学大师,他被认为是仅次于Hippocrates的第二个医学权威。Galen的最基本的理论是生命来自于“气”。脑中的“动气”决定运动、感知和感觉。心的“活气”控制体内的血液和体温。肝的气控制营养和新陈代谢。带有自然灵气的血液从肝脏出发,沿着静脉系统分布到全身。它将营养物质送至身体各部分,并随之被吸收。肝脏不停地制造血液,血液也不停地被送至身体各部分并大部分吸收,而不做循环的运动。他认为心脏右边是静脉系统的主要分枝。从肝脏出来进入心脏右边(右心室)的血液,有一部分自右心室进入肺,再从肺转入左心室。另有部分盖伦以为它可以通过所谓心脏间隔小孔而进入左心室。流经肺部而进入左心室的血液,排除了废气、废物并获得了生命灵气,而成为颜色鲜红的动脉血。带有生命灵气的动脉血,通过动脉系统,分布到全身,使人能够有感觉和进行各种活动,有一部分动脉血经动脉而进大脑,在这里动脉血又获得了动物灵气,并通过神经系统而分布到全身。
二、对心脏的科学理性认知
欧洲中世纪一千多年,基督教文化盛行。上帝创造一切,人们用“圣经”解释一切。心脏和循环还是充满神秘的未知领域。直到文艺复兴时期,比利时解剖学家维萨里和西班牙医生塞尔维特经过不懈努力试图推翻Galen的理论。然而在教会的迫害下,他们付出了生命的代价,也没能对血液到底在身体内部如何运行作出合理的解释。在医学史上,Galen的血液运动理论统治了近一千五百年之久。
历史的重任落在英国医生Harvey肩上。他知难而上敢于向权威挑战,以无可辩驳的事实证明了血液循环和心脏功能。这使得他成为与哥白尼、伽利略、牛顿等人齐名的科学革命时期的巨匠。
Harvey是实验生理学的创始人之一,他首次阐明了血液循环的原理。在系统地分析了前人的研究情况后,Harvey首先通过一个简单的数学运算来论证血液循环的概念。他估计心脏每次跳动的排血量大约是2盎司(1盎司≈0.028kg),心脏每分钟跳动72次。用简单的乘法运算得出每小时大约有540磅(1磅≈0.434kg)血液从心脏排入主动脉。但是540磅远远超过了一个正常人的整个体重。这时的Harvey明显地认识到了等量的血液往复不停地通过心脏。提出这一假说后,他花费了9年时间来做实验和观察研究。1628年,他划时代著作《心血运动论》的出版标志着近代生理学的诞生。在此书中Harvey提供了大量的证据从各个方面证明了心脏是一个可以泵出血液的肌肉实体,血液以循环的方式在血管系统中不断流动。此外,Harvey还彻底否定了心脏的心室之间可以透过血液,指出右心室的血液通过肺循环流到左心室并证实了心脏瓣膜和静脉瓣的作用。
三、心脏对外科的挑战
（一）心脏——外科医生的禁区
血液循环必须周而复始,心脏必须不停地跳动。否则意味着生命的终止。18世纪末19世纪初,Stenon Bichat及一批生理学家在动物实验中发现脑、脊髓、神经、肌肉等器官和组织,若有血流通过则可维持其活性。基于这些实验观察,法国Le-Gallois在1812年提出一个设想:“如果能用某种装置代替心脏注射动脉血就可以成功地长期维持机体的存活”。这一思路堪称为离体器官体外灌注的先河。19世纪许多研究者为此目的进行了艰苦的探索。要达到离体器官体外灌注必须解决3个问题:一是血液的抗凝；二是要有某种装置代替心脏驱动血液灌注；三是设法使静脉血氧合成动脉血,即代替肺进行血液体外氧合。在这3个问题没有解决之前,实行心脏心脏手术是不可想象的。19世纪末,被称为外科之父的奥地利医生Theodor Billroth对心脏手术写下这样的名言:“对心脏实施手术,是对外科艺术的亵渎。任何试图进行心脏手术的人,都将身败名裂。”
应该指出,19世纪有关心脏的病理生理状态人们所知甚少,手术器械与技巧也处于初级阶段,基本没有高级生命支持手段,甚至连输血技术也未成熟,进行心脏手术的危险性不言而喻。心脏毕竟与其他多数器官不同,它不能长时间停止运动,否则患者必将死掉。19世纪的医生很难设想在心脏上做手术的可能性,而那时对其他器官进行的外科手术则已取得巨大进展。
（二）外科医生对心脏的挑战
1.心表面手术
德国法兰克福的外科医生Ludwig Rehn(1849～1930)便成功地为1例心脏外伤的患者进行了缝合。1896年9月7日凌晨三点半,警察送来一名重患:一名22岁的小伙子被刺中心脏,面色苍白,呼吸困难,脉搏不规则,衣服被血浸透,伤口位于胸骨左缘三指第4肋间处,出血已经停止。也许Rehn正是顾忌到了心脏手术的危险性,也许是患者自身的情况暂不允许做手术,总之,直到9月9日,患者已近濒死状态,Rehn才下决心冒险一搏。此时,假如Rehn仍旧遵循大师的训诫,为不使自己身败名裂而不予施救,这个年轻人当然必死无疑。Rehn打开了患者的胸腔,清理了胸腔和心包内的凝血块,发现心室壁上有一个1.5cm的伤口,血液仍在汩汩而出,心脏也仍在跳动,他决定用丝线缝合这个伤口。可如何在一个跳动的心脏表面进行操作呢？Rehn选择只在心脏舒张的时候进行进针与出针的操作:在心脏舒张时于伤口的一侧进针,然后待收缩期过后,在下一个舒张期于伤口的另一侧出针,打结……就这样,谨小慎微地缝合到了第三针,出血得到了控制,心率呼吸改善。Rehn用盐水冲洗胸腔之后,关闭了手术切口,患者得救了。在这次手术后的第14天,Rehn在德国外科学会上报告了这一病例,证明了心脏是可以缝合修补的。
2.低温停循环心脏直视手术
美国医生John Lewis(1916～1993)在前人关于低温研究的科学成果的基础上,利用动物模型证明,通过麻醉,消除因寒冷引起的肌肉张力的增加和震颤,发现氧耗的下降几乎与体温的降低呈线性关系。通过计算,20℃的体温可使体循环中断15分钟,这也许足够在直视下修补房间隔缺损。
John Lewis在对狗进行了一段时间的实验研究之后,1952年9月2日首次应用腔静脉阻断和全身中度低温的技术,直视下对一位5岁女孩成功地进行了房间隔缺损修补术。这一时刻具有重要的历史意义,它是世界上第一例成功应用于人类的心内直视手术。缺损的直径达2cm,术中采用了腔静脉阻断和全身中度低温(26℃)技术,时至今日,这位女孩依然健在,她已是两个健康儿童的母亲。实践证实低体温加腔静脉阻断对于单纯的房间隔缺损来说是极好的方法。Lewis等在1954年报道了9例进行房间隔修补术的患者,其中8例成功。同年稍后,Lewis等报道11例房间隔修补术,死亡率为18%。此方法只能对简单房间隔修补术创造一定的手术条件。当遇到心脏复杂畸形时,表现出明显的局限性。